基于PLC和WinCC的采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

王 鵬

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司多經(jīng)煤焦銷售分公司， 山西 太原 030024）

引言

為了確保采煤機(jī)的正常運行，各煤礦均投入了大量的人力對采煤的運轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，以確保采煤機(jī)工作時的可靠性，但該方案不僅人工勞動強度高，且效率低下，效果有限，也不符合現(xiàn)代煤炭生產(chǎn)中無人化值守的發(fā)展趨勢，因此本文對采煤機(jī)運行狀態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了研究。

1 采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計

根據(jù)對采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的整體要求，我們提出了基于PLC和WinCC的采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，在該系統(tǒng)中，為了確保其工作的穩(wěn)定性，我們采用了工控機(jī)為上位機(jī)系統(tǒng)的核心單元，以WinCC的組態(tài)控制軟件為平臺基礎(chǔ)，通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口實現(xiàn)了與PLC控制系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，在工作中為了滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制功能，我們對系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問、控制組態(tài)模塊進(jìn)行了組態(tài)配置，從而確保了該監(jiān)控系統(tǒng)在工作中信息傳遞的精確性，既保證了工作效率又能有效地防止事故的發(fā)生。該監(jiān)控系統(tǒng)的PLC控制器采用的是S7-300，以確保其與WinCC控制軟件的無縫交互，同時確保在煤礦井下惡劣工況下運行的穩(wěn)定性[1-2]。

2 采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組成

為了確保采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，將采煤機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)分為四個模塊，其相互作用共同確保采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和可靠性。

1）現(xiàn)場監(jiān)控模塊?，F(xiàn)場監(jiān)控模塊是分布于采煤機(jī)上的各類的傳感器設(shè)備以及分布于巷道綜采面的各類檢測設(shè)備，如電流、電壓、溫度及瓦斯傳感器等，其主要作用是用于實時監(jiān)控采煤機(jī)各部件的運行狀態(tài)和情況，并將收集到的采煤機(jī)運行狀態(tài)的各類數(shù)據(jù)信號進(jìn)行匯總，上傳到控制模塊。

圖1 采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2）控制模塊。采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制模塊是采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的核心，主要由電控系統(tǒng)、變頻器設(shè)備、信號轉(zhuǎn)換設(shè)備和PLC控制設(shè)備組成，在監(jiān)控系統(tǒng)中其主要用于對從現(xiàn)場監(jiān)控模塊傳輸?shù)母黝悢?shù)據(jù)信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換和分析處理，在PLC控制系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置有預(yù)控制程序，可以根據(jù)采煤機(jī)的運行狀態(tài)自動的進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，確保采煤機(jī)運行的安全性，同時其也設(shè)置有現(xiàn)場控制器設(shè)備，用于井下控制人員根據(jù)煤礦井下的實際情況完成對采煤機(jī)運行的自定義的控制，同時為了確保控制模塊內(nèi)信息傳遞及與上、下層設(shè)備間信息傳遞的及時性和準(zhǔn)確性，在其內(nèi)部采用了基于標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線控制技術(shù)，以滿足各類傳感器設(shè)備及控制設(shè)備之間的通訊，實現(xiàn)更復(fù)雜的控制要求[3]。

3）本地控制模塊。本地控制模塊也稱為HMI/SCADA控制系統(tǒng)，其主要作用是對下位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行集中的控制管理，是聯(lián)系上位機(jī)系統(tǒng)的紐帶和橋梁，是采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)自動化控制的不可缺少的部分，在采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中主要用于對采煤機(jī)運行參數(shù)信息的實時的分類、匯總、儲存，并將初步處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔、生成報表，同時可以根據(jù)控制中心傳輸?shù)目刂浦噶睿瑢⑵滢D(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號傳遞給采煤機(jī)的控制系統(tǒng)，進(jìn)而控制采煤機(jī)的運行狀態(tài)。

4）遠(yuǎn)程診斷管理模塊。該功能是指將控制軟件系統(tǒng)的構(gòu)造技術(shù)和現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進(jìn)行強強聯(lián)合，將系統(tǒng)收集到的采煤機(jī)的運行狀態(tài)信號與控制程序內(nèi)的各運行狀態(tài)信號的區(qū)間進(jìn)行對比，一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)測信號超出設(shè)定值域或者邏輯運行功能與設(shè)定不符就會自動發(fā)出報警信號，同時客戶端可以對服務(wù)器中已經(jīng)歸檔的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行調(diào)閱，給出初步的故障分析和處理措施，無需設(shè)備維修人員抵達(dá)一線即可完成對設(shè)備的維護(hù)和修復(fù)。

3 WinCC與PLC之間的通訊方式

采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在工作中Win CC的應(yīng)用管理程序在從變量管理區(qū)中讀取數(shù)據(jù)時將以變量的形式進(jìn)行，Win CC內(nèi)部的通訊程序?qū)⑿畔⑼ㄟ^數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)傳遞給PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)接受到信號后進(jìn)行應(yīng)答，并將數(shù)值反饋給Win CC管理模塊，實現(xiàn)相互間的通訊[4]，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4 結(jié)語

通過對目前采煤機(jī)結(jié)構(gòu)和控制要求的研究，著眼于未來煤礦機(jī)械設(shè)備自動化、無人化的發(fā)展趨勢，PLC和WinCC的采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了對采煤機(jī)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控、對其運行數(shù)據(jù)參數(shù)的實時采集，而且實現(xiàn)了對采煤機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制，極大地減輕了操作員的負(fù)擔(dān)，大幅提高了采煤機(jī)工作的可靠性和穩(wěn)定性。

圖2 WinCC與PLC通訊原理圖